一种协同过滤式零次学习方法

深度学习算法在很多有监督学习任务上达到了令人满意的结果，但其依赖于大量标注样本，并且使用特定类别训练的分类器，只能对这些类别进行分类.零次学习希望计算机像人类一样，能够结合历史经验与知识进行推理，无需使用大量新类别样本训练，便可达到识别新类别的效果.发现了零次学习任务存在“冷启动”以及矩阵稀疏两个特点，这些特点在推荐任务中同样存在.受推荐任务启发，将零次图像分类任务建模为矩阵填充问题，借鉴推荐领域中协同过滤算法，将稀疏的样本标签矩阵视为非稀疏的视觉特征矩阵和类别特征矩阵的内积结果，进而实现对新类别样本的分类预测.此外，构建了基于类间语义关联的语义图结构，使用图神经网络进行已知类别和新类别之间的知识迁移，以较小代价为类别学得准确的语义特征.在3个经典零次学习数据集上分别进行传统零次学习和广义零次学习实验，实验结果表明：提出的协同过滤式零次学习方法能够有效提升分类精度，且训练代价较小.     

考虑多粒度类相关性的对比式开放集识别方法

深度神经网络在分类任务上不断取得性能突破,但在测试中面对未知类样本时,会错误地给出一个已知类预测结果.开放集识别任务旨在解决该问题,要求模型不仅精确地分类已知类,同时对未知类样本进行准确判别.现有方法虽然取得了不错的效果,但由于未对开放集识别任务的影响因素进行分析,因而大多基于某种假设启发式地设计模型,难以保证对于实际场景的适应性.分析了现有方法的共性,通过设计一个新的决策变量实验,发现模型对已知类的表示学习能力是其中的一个关键影响因素.基于该结论,提出了一种基于模型表示学习能力增强的开放集识别方法.首先,由于对比式学习已展示出的强大表示学习能力以及开放集识别任务所包含的标签信息,引入了监督对比式学习方法,提高模型对已知类的建模能力;其次,考虑到类别间的相关性是在类别层次上的表示,且类别之间往往呈现分层结构关系,设计了一种多粒度类相关性的损失函数,通过在标签语义空间构建分层结构并度量多粒度类相关性的方式,约束模型学习不同已知类间的相关关系,进一步提高其表示学习能力;最后,在多个标准数据集上进行了实验验证,证明了所提出方法在开放集识别任务上的有效性.     

类别语义相似性监督的小样本图像识别

目的 现有的深度学习模型往往需要大规模的训练数据,而小样本分类旨在识别只有少量带标签样本的目标类别。作为目前小样本学习的主流方法,基于度量的元学习方法在训练阶段大多没有使用小样本目标类的样本,导致这些模型的特征表示不能很好地泛化到目标类。为了提高基于元学习的小样本图像识别方法的泛化能力,本文提出了基于类别语义相似性监督的小样本图像识别方法。方法 采用经典的词嵌入模型GloVe（global vectors for word representation）学习得到图像数据集每个类别英文名称的词嵌入向量,利用类别词嵌入向量之间的余弦距离表示类别语义相似度。通过把类别之间的语义相关性作为先验知识进行整合,在模型训练阶段引入类别之间的语义相似性度量作为额外的监督信息,训练一个更具类别样本特征约束能力和泛化能力的特征表示。结果 在miniImageNet和tieredImageNet两个小样本学习基准数据集上进行了大量实验,验证提出方法的有效性。结果显示在miniImageNet数据集5-way 1-shot和5-way 5-shot设置上,提出的方法相比原型网络（prototypical networks）分类准确率分别提高1.9%和0.32%;在tieredImageNet数据集5-way 1-shot设置上,分类准确率相比原型网络提高0.33%。结论 提出基于类别语义相似性监督的小样本图像识别模型,提高小样本学习方法的泛化能力,提高小样本图像识别的准确率。     

零样本图像分类综述

面对人工标注大量样本费时费力,一些稀有类别样本难于获取等问题,零样本图像分类成为计算机视觉领域的一个研究热点。首先,对零样本学习,包括直推式零样本学习和归纳式零样本学习进行了简单介绍;其次,重点介绍了基于空间嵌入零样本图像分类方法和基于生成模型零样本图像分类方法以及它们的子类方法,并对这些方法的机制、优缺点和适用场景等进行了分析和总结;然后,简单介绍了零样本图像分类常用数据集和评估方法,并对典型零样本图像分类方法进行了性能比较;接着,指出了现有零样本图像分类中存在的领域漂移、枢纽点和语义鸿沟等问题及相应的解决思路;最后,对零样本图像分类未来发展趋势和研究热点,如判别性区域的准确定位、生成高质量不可见类视觉特征、广义零样本图像分类等进行了探讨。     

基于低秩堆栈式语义自编码器的零样本学习

在图像分类领域,现有的深度学习等方法在训练时需要大量有标注的数据样本,且无法识别在训练阶段未出现的类别。零样本学习能有效缓解此类问题。本研究基于堆栈式自编码器和低秩嵌入,提出了一种新的零样本学习方法,即基于低秩嵌入的堆栈语义自编码器（low-rank stacked semantic auto-encoder,LSSAE）。该模型基于编码-解码机制,编码器学习到一个具有低秩结构的投影函数,用于将图像的视觉特征空间、语义描述空间以及标签进行连接;解码阶段重建原始视觉特征。并通过低秩嵌入,使得学习到的模型在预见未见类别时能共享已见类的语义信息,从而更好地进行分类。本研究在五个常见的数据集上进行实验,结果表明LSSAE的性能优于已有的零样本学习方法,是一种有效的零样本学习方法。     

一种基于融合重构的子空间学习的零样本图像分类方法

图像分类是计算机视觉中一个重要的研究子领域.传统的图像分类只能对训练集中出现过的类别样本进行分类.然而现实应用中,新的类别不断涌现,因而需要收集大量新类别带标记的数据,并重新训练分类器.与传统的图像分类方法不同,零样本图像分类能够对训练过程中没有见过的类别的样本进行识别,近年来受到了广泛的关注.零样本图像分类通过语义空间建立起已见类别和未见类别之间的关系,实现知识的迁移,进而完成对训练过程中没有见过的类别样本进行分类.现有的零样本图像分类方法主要是根据已见类别的视觉特征和语义特征,学习从视觉空间到语义空间的映射函数,然后利用学习好的映射函数,将未见类别的视觉特征映射到语义空间,最后在语义空间中用最近邻的方法实现对未见类别的分类.但是由于已见类和未见类的类别差异,以及图像的分布不同,从而容易导致域偏移问题.同时直接学习图像视觉空间到语义空间的映射会导致信息损失问题.为解决零样本图像分类知识迁移过程中的信息损失以及域偏移的问题,本文提出了一种图像分类中基于子空间学习和重构的零样本分类方法.该方法在零样本训练学习阶段,充分利用未见类别已知的信息,来减少域偏移,首先将语义空间中的已见类别和未见类别之间的关系迁移到视觉空间中,学习获得未见类别视觉特征原型.然后根据包含已见类别和未见类别在内的所有类别的视觉特征原型所在的视觉空间和语义特征原型所在的语义空间,学习获得一个潜在类别原型特征空间,并在该潜在子空间中对齐视觉特征和语义特征,使得所有类别在潜在子空间中的表示既包含视觉空间下的可分辨性信息,又包含语义空间下的类别关系信息,同时在子空间的学习过程中利用重构约束,减少信息损失,同时也缓解了域偏移问题.最后零样本分类识别阶段,在不同的空间下根据最近邻算法对未见类别样本图像进行分类.本文的主要贡献在于:一是通过对语义空间中类别间关系的迁移,学习获得视觉空间中未见类别的类别原型,使得在训练过程中充分利用未见类别的信息,一定程度上缓解域偏移问题.二是通过学习一个共享的潜在子空间,该子空间既包含了图像视觉空间中丰富的判别性信息,也包含了语义空间中的类别间关系信息,同时在子空间学习过程中,通过重构,缓解知识迁移过程中信息损失的问题.本文在四个公开的零样本分类数据集上进行对比实验,实验结果表明本文提出的零样本分类方法取得了较高的分类平均准确率,证明了本文方法的有效性.     

一种基于视觉特征组合构造的零样本学习方法

零样本学习是机器学习和图像识别领域重要的研究热点.零样本学习方法通常利用未见类与可见类之间的类别语义信息,将从可见类样本学习到的知识转移到未见类,实现对未见类样本的分类识别.提出了一种基于视觉特征组合构造的零样本学习方法,采用特征组合的方式构造产生大量未见类样例特征,将零样本学习问题转化为标准的监督学习分类问题.该方法模拟了人类的联想认知过程,其主要包括4步：特征-属性关系提取、样例构造、样例过滤、特征域适应.在可见类样本上抽取类别属性与特征维度的对应关系;利用特征-属性关系,通过视觉特征的组合构造的方式,产生未见类样例;引入非相似表示,过滤掉不合理的未见类样例;提出半监督特征域适应和无监督特征域适应,实现未见类样例的线性转换,产生更有效的未见类样例.在3个基准数据集（AwA,AwA2和SUN）上的实验结果显示,该方法效能优越,在数据集AwA上获得了当前最优的Top-1分类正确率82.6%.实验结果证明了该方法的有效性和先进性.     

基于深度学习与属性学习相结合的行人再识别

现实情况中缺少大量有标签数据,导致有监督的行人再识别模型训练受到影响。此外,低层特征的缺乏语义特性限制了行人再识别在行人检索、罪犯追踪等中的应用。本文提出了一种基于深度学习与属性学习相结合的行人再识别方法,利用深度学习的无监督模型提取行人图像的本质特征,并引入"属性"概念增强特征的语义表达能力。首先采用卷积自动编码器进行无监督的特征提取,提取的特征然后交由多个属性分类器进行属性分类,并结合统计获得的属性类别映射关系表计算最终类别判定,最后在VIPeR和i-LIDS标准数据集上进行了测试,并与基于优化属性的行人再识别方法（Optimized attribute based re-identification,OAR）、显著性检测对应法（Salience detection correspondence,SDC）等进行了比较,结果表明本方法能够赋予行人再识别较好的语义性能,并在一定程度上提高了识别的准确率,同时获得了较好的零训练样本识别效果。     

基于视觉误差与语义属性的零样本图像分类

在图像分类的实际应用过程中,部分类别可能完全没有带标签的训练数据。零样本学习（ZSL）的目的是将带标签类别的图像特征等知识迁移到无标签的类别上,实现无标签类别的正确分类。现有方法在测试时无法显式地区分输入图像属于已知类还是未知类,很大程度上导致未知类在传统设定下的ZSL和广义设定下的ZSL（GZSL）上的预测效果相差甚远。为此,提出一种融合视觉误差与属性语义信息的方法来缓解零样本图像分类中的预测偏置问题。首先,设计一种半监督学习方式的生成对抗网络架构来获取视觉误差信息,由此预测图像是否属于已知类;然后,提出融合属性语义信息的零样本图像分类网络来实现零样本图像分类;最后,测试融合视觉误差与属性语义的零样本图像分类方法在数据集AwA2和CUB上的效果。实验结果表明,与对比模型相比,所提方法有效缓解了预测偏置问题,其调和指标H在AwA2（Animal with Attributes）上提升了31.7个百分点,在CUB（Caltech-UCSD-Birds-200-2011）上提升了8.7个百分点。     

结合半监督与主动学习的时间序列PU问题分类

目前基于PU问题的时间序列分类常采用半监督学习对未标注数据集[U]中数据进行自动标注并构建分类器,但在这种方法中,边界数据样本类别的自动标注难以保证正确性,从而导致构建分类器的效果不佳。针对以上问题,提出一种采用主动学习对未标注数据集[U]中数据进行人工标注从而构建分类器的方法OAL（Only Active Learning）,基于投票委员会（QBC）对标注数据集构建多个分类器进行投票,以计算未标注数据样本的类别不一致性,并综合考虑数据样本的分布密度,计算数据样本的信息量,作为主动学习的数据选择策略。鉴于人工标注数据量有限,在上述OAL方法的基础上,将主动学习与半监督学习相结合,即在主动学习迭代过程中,将类别一致性高的部分数据样本自动标注,以增加训练数据中标注数据量,保证构建分类器的训练数据量。实验表明了该方法通过部分人工标注,相比半监督学习,能够为PU数据集构建更高准确率的分类器。     

基于深度神经网络的少样本学习综述

如何从少数训练样本中学习并识别新的类别对于深度神经网络来说是一个具有挑战性的问题。针对如何解决少样本学习的问题,全面总结了现有的基于深度神经网络的少样本学习方法,涵盖了方法所用模型、数据集及评估结果等各个方面。具体地,针对基于深度神经网络的少样本学习方法,提出将其分为数据增强方法、迁移学习方法、度量学习方法和元学习方法四种类别;对于每个类别,进一步将其分为几个子类别,并且在每个类别与方法之间进行一系列比较,以显示各种方法的优劣和各自的特点。最后强调了现有方法的局限性,并指出了少样本学习研究领域未来的研究方向。     

基于半监督聚类的免疫入侵检测算法研究

传统的基于免疫的入侵检测系统需要足够的标记数据才能够生成具有良好泛化性能的抗体,而网络环境中获得充足的标记数据是困难的。为克服这一难题,对无监督聚类技术及免疫方法进行深入研究,并将二者结合起来,提出一种半监督的免疫入侵检测算法SCIID(Semi-supervised cluster based Immune Intrusion Detection)。在抗体产生阶段通过对自我样本进行聚类,大大缩短了阴性选择的时间;在入侵检测阶段采用聚类技术可快速获取未标记数据的类别,进而指导后续的学习过程,达到提高检测率的目的。仿真结果表明,该算法在仅有少量标记数据的情况下,可以获得大部分未标记数据的类别,而且能发现新的攻击类型,同等训练样例数目条件下检测率高于单纯基于免疫的方法。     

寻找相似样本的小样本半监督学习

传统的文本分类方法需要大量的已知类别样本来得到一个好的文本分类器,然而在现实的文本分类应用过程中,大量的已知类别样本通常很难获得,因此如何利用少量的已知类别样本和大量的未知类别样本来获得比较好的分类效果成为一个热门的研究课题。本文为此提出了一种扩大已知类别样本集的新方法,该方法先从已知类别样本集中提取出每个类别的代表特征,然后根据代表特征从未知类别样本集中寻找相似样本加入已知类别样本集。实验证明,该方法能有效地提高分类效果。     

基于LSTM和CNN的恶意域名检测方法

笔者利用长短期记忆网络(LSTM)和卷积神经网络(CNN),以正常域名、不正常域名作为特征进行有监督的DNS数据异常检测方法的研究。该方法使用黑白样本集,通过有监督学习方法建立检测模型,实现对正常和不正常域名的二分类检测,主要实现对DNS隐蔽通道和DGA域名的检测。通过全监督的学习方法,能够识别已知黑样本特征集的异常域名。     

基于数据增强和弱监督对抗训练的中文事件检测

当前的事件检测模型严重依赖于人工标注的数据,在标注数据规模有限的情况下,事件检测任务中基于完全监督方法的深度学习模型经常会出现过拟合的问题,而基于弱监督学习的使用自动标注数据代替耗时的人工标注数据的方法又常常依赖于复杂的预定义规则。为了解决上述问题,就中文事件检测任务提出了一种基于BERT的混合文本对抗训练（BMAD）方法。所提方法基于数据增强和对抗学习设定了弱监督学习场景,并采用跨度抽取模型来完成事件检测任务。首先,为改善数据不足的问题,采用回译、Mix-Text等数据增强方法来增强数据并为事件检测任务创建弱监督学习场景;然后,使用一种对抗训练机制进行噪声学习,力求最大限度地生成近似真实样本的生成样本,并最终提高整个模型的鲁棒性。在广泛使用的真实数据集自动文档抽取（ACE）2005上进行实验,结果表明相较于NPN、TLNN、HCBNN等算法,所提方法在F1分数上获取了至少0.84个百分点的提升。     

基于随机传播图卷积模型的零样本图像分类

零样本图像分类旨在识别训练时从未出现过的全新类别(未见类别),为此需要利用辅助信息建模未见类和可见类之间的关系。利用图卷积网络(GCN)进行零样本分类的模型可以借助知识图显式地表达类别之间的关系,但 GCN 易受过平滑影响,导致模型性能下降。针对此问题提出了基于随机传播图卷积模型的零样本图像分类方法。该方法使用随机传播机制处理原始特征以达到特征扰动和数据扩增的目的;利用数据中类别层级生成的知识图建模类别之间的语义关系。其中,图中节点代表类别,节点间的边代表类别之间的关系。再构建 GCN对处理后的特征进行训练,从节点中输出包含未见类别的分类器参数,进而实现零样本图像分类。实验结果表明,该方法可以有效地改善零样本图像分类中的时间消耗、分类精度和泛化性能。     

目标不同视角下观察信息的迁移和再利用

基于视觉信息的目标检测和识别模型在训练时往往依赖于来自于训练样本的视角信息,然而附带了视角信息的训练样本通常只有很少的数据库可以提供。当此类信息缺失时,传统的通用目标检测系统通常通过一些非监督学习方法来对样本的视角信息进行粗略估计。本文改进并引入了一种选择性迁移学习方法即TransferBoost方法来解决目标视角信息缺失的问题。本文TransferBoost方法基于GentleBoost框架实现,该方法通过重新利用其它类别样本中的先验信息来提升当前类别样本的学习质量。当给定一个标定完善的样本集作为源数据库时,TransferBoost通过同时调整每个样本的权值和每个源任务的权值实现样本级和任务级的两级知识迁移。这种双层迁移学习更有效地从混合了相关源数据和不相关源数据的数据集中提取了有用的信息。实验结果表明,和直接使用传统的机器学习方法相比较,迁移学习方法所需要的训练样本数大大减少,从而降低了目标检测与识别系统的训练代价,扩展了现有系统的应用范围。     

零样本图学习综述

深度学习方法的提出使得机器学习研究领域得到了巨大突破,但是却需要大量的人工标注数据来辅助完成.在实际问题中,受限于人力成本,许多应用需要对从未见过的实例类别进行推理判断.为此,零样本学习(zero-shot learning,ZSL)应运而生.图作为一种表示事物之间联系的自然数据结构,目前在零样本学习中受到了越来越多的...     

零样本学习研究进展

近几年来,深度学习在机器学习研究领域中取得了巨大的突破,深度学习能够很好地实现复杂问题的学习,然而,深度学习最大的弊端之一,就是需要大量人工标注的训练数据,而这需要耗费大量的人力成本.因此,为了缓解深度学习存在的这一问题,Palatucci等于2009年提出了零样本学习(Zero-shot learning).零样本学习是迁移学习的一种特殊场景,在零样本学习过程中,训练类集和测试类集之间没有交集,需要通过训练类与测试类之间的知识迁移来完成学习,使在训练类上训练得到的模型能够成功识别测试类输入样例的类标签.零样本学习的意义不仅在于可以对难以标注的样例进行识别,更在于这一方法模拟了人类对于从未见过的对象的认知过程,零样本学习方法的研究,也会在一定程度上促进认知科学的研究.鉴于零样本学习的应用价值、理论意义和未来的发展潜力,文中系统综述了零样本学习的研究进展,首先概述了零样本学习的定义,介绍了4种典型的零样本学习模型,并对零样本学习存在的关键问题及解决方法进行了介绍,对零样本学习的多种模型进行了分类和阐述,并在最后指明了零样本学习进一步研究中需要解决的问题以及未来可能的发展方向.     

自适应类增量学习的物联网入侵检测系统

传统物联网入侵检测系统难以实时检测新类别攻击,为此,提出一种基于堆叠稀疏自编码器（SSAE）和自组织增量神经网络（SOINN）的物联网入侵检测方法。SSAE对已知类别的攻击样本进行稀疏编码和特征提取,所提取的特征输入SOINN,SOINN形成符合流量特征空间分布的拓扑结构。当出现新类别训练样本的特征时,SOINN自适应地生成新节点以建立新的局部拓扑结构。为了保留SSAE在旧类别样本上的知识,对SOINN已有的拓扑结构施加约束,通过误差反向传递间接约束SSAE权重的变化。针对SOINN在新类别上产生的新局部拓扑结构进行自适应聚合和优化,从而实现新类别样本学习。实验结果表明,该方法能基于新类别数据对模型进行增量训练而无需历史类别数据,在CIC-IDS2017数据集的动态数据流中能有效检测新类别攻击同时缓解旧类别数据中存在的灾难性遗忘问题,在初始已知数据集上的准确率达到98.15%,完成3个阶段的类别增量学习后整体准确率仍能达到57.34%,优于KNN-SVM、mCNN等增量学习方法。